Электромеханические приборы

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Лекция № 5

Тема лекции: “Электромеханические приборы”

1.Основы теории и конструкции

1)Структурная схема электромеханического прибора:

Измерительная цепь - обеспечивает преобразование входной электрической величины Х в промежуточную электрическую величину Y (ток, напряжение) для непосредственной обработки измерительным механизмом.

Измерительная цепь представляет собой совокупность сопротивлений, индуктивностей, емкостей и др. элементов.

Измерительный механизм - основная часть прибора, предназначенная для преобразования электромагнитной энергии в механическую (вращающий момент), необходимую для перемещения подвижной части относительно неподвижной (т.е. создания угла поворота ).

Уравнение преобразования электромеханического прибора: . измерительный электромеханический прибор

Отсчетное устройство - состоит из указателя, связанного с измерительным механизмом и шкалы.

Указатели - бывают стрелочные (механические) и световые.

Шкала - совокупность отметок, представляющих ряд последовательных чисел вдоль какой либо линии.

К электромеханической группе принадлежат измерительные приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, ферродинамической, электростатической и индукционной систем.

По физическому принципу, положенному в основу их строения, эти приборы относятся к группе аналоговых СИ, т.е. СИ, показания которых являются непрерывной функцией измеряемой величины.

2)Общий принцип действия измерительного механизма.

Обобщенная механическая схема измерительного механизма представлена на рисунке.

1.Успокоитель уменьшает колебания подвижной части около положения установившегося равновесия.

3.Грузики-противовесы уравновешивают подвижную часть и не дают ей смещаться с нулевой отметки при любых положениях прибора.

4.Спиральная пружинка создает противодействующий момент.

В электромеханическом приборе измеряемая величина X преобразуется во вращающий момент, действующий на подвижную часть, выполненную в виде рамки, сердечника или диска.

Под действием этого момента подвижная часть поворачивается относительно неподвижной части. По углу отклонения подвижной части , отмечаемому по шкале указателем, судят о числовом значении измеряемой величины.

Дифференциальное уравнение моментов, описывающее работу измерительного механизма, имеет вид: ,

где J - момент инерции подвижной части измерительного механизма,

- угол отклонения подвижной части,

- угловое ускорение.

На подвижную часть (при движении) воздействуют следующие составляющие моментов:

Вращающий момент - Мвр определяется скоростью изменения энергии электромагнитного поля, сосредоточенной в механизме, по углу отклонения :

Чтобы каждому значению измеряемой величины X соответствовало определенное отклонение стрелки , необходимо уравновесить Мвр противодействующим моментом, который противоположен вращающему и возрастает по мере увеличения угла поворота подвижной части.

Противодействующий момент - Мпр создается при помощи спиральных пружин и растяжек :

где к - удельный противодействующий момент на единицу угла закручивания пружины (определяется её материалом, длиной и т.д.).

Момент успокоения - Мусп - момент сил сопротивления движению, пропорционален скорости перемещения стрелки: ,

где р - коэффициент успокоения подвижной части.

Подвижная часть измерительного механизма представляет собой колебательную систему. Для того чтобы стрелка прибора быстрее устанавливалась в нужное положение и слишком долго не колебалась, применяют успокоители, которые и создают момент успокоения.

Различают воздушные, жидкостные и магнитоиндукционные успокоители. В воздушных и жидкостных успокоителях успокоение достигается торможением элемента подвижной части за счет трения о воздух или жидкость.

В магнитоиндукционных успокоителях торможение происходит за счет взаимодействия МП магнита и токов в проводящих элементах подвижной части при их движении в поле этого магнита.

Уравнение моментов в статическом режиме (уравнение статики), т.е когда стрелка прибора находится в неподвижном состоянии при каком-то угле отклонения : Мвр= Мпр

3)По типу измерительного механизма приборы делятся на системы:

Наиболее распространенными в практике технических измерений являются электромеханические приборы магнитоэлектрической и электромагнитной систем.

2.Система маркировки

Для того чтобы можно было легко получить необходимую и достаточную характеристику каждого электроизмерительного прибора используют систему маркировки.

Согласно ГОСТ, на лицевой стороне прибора, обычно на шкале, должны быть указаны при помощи условных обозначений:

3. Приборы магнитоэлектрической системы

1.Принцип действия

Вращающий момент возникает в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля катушки (рамки), по которой протекает ток.

2.Устройство

Разновидности конструкций измерительных механизмов:

·c подвижной катушкой (более распространена, рассмотрена ниже)

·с подвижным магнитом (менее точны, их достоинство - малые габариты и более низкая стоимость)

1- 4 - магнитная система механизма.

В зазоре между полюсными наконечниками и сердечником создается сильное МП, в котором находится подвижная прямоугольная рамка, намотанная тонким медным или алюминиевым проводом на каркас.

Спиральные пружинки, предназначенные для создания противодействующего момента, одновременно используются и для подачи тока в рамку. Рамка жестко соединена со стрелкой.

3.Вывод уравнения шкалы

Уравнение шкалы - математическая зависимость, показывающая связь между измеряемой величиной и углом отклонения стрелки прибора .

1.Энергия электромагнитного поля: ,

где I - ток, протекающий по катушке.

- потокосцепление подвижной катушки,

2. ,

где В - индукция в воздушном зазоре между сердечником и полюсными наконечниками,

S - площадь катушки,

- число витков катушки,

- угол поворота катушки.

3.При протекании по рамке тока, на нее действует вращающий момент, вызывающий отклонение рамки от нулевого (исходного) положения:

.

4.В результате поворота рамки увеличивается противодействующий момент засчет закручивания (раскручивания) спиральных пластин: .

5.При отклонении рамки на некоторый угол , вращающий и противодействующий моменты сравниваются по величине и дальнейшее отклонение рамки прекращается. Наступает установившееся отклонение, соответствующее значению измеряемого тока.

Уравнение статики: Мвр= Мпр пусть тогда ,

где SI - чувствительность прибора к току.

Для получения зависимости угла отклонения от приложенного к рамке напряжения, подставим ,

где - чувствительность магнитоэлектрического прибора к напряжению.

Чувствительности являются постоянными величинами и определяются постоянными для каждого прибора величины (B - магнитная индукция, S - площадь рамки, - число витков, к- удельный противодействующий момент спиральных пружин).

Уравнение шкалы показывает, что шкала магнитоэлектрического прибора - линейна. Угол отклонения стрелки прибора - прямо пропорционален току, проходящему через рамку.

Подвижная часть магнитоэлектрического механизма обладает относительно большим моментом инерции. Поэтому при включении в цепь переменного синусоидального тока, среднее значение которого за период равно нулю, средний вращающий момент также равен нулю.

Следовательно, приборами магнитоэлектрической системы непосредственно может измерять только постоянные токи. Для измерения в цепях переменного тока необходимо предварительно преобразовать переменный ток в постоянный.

4.Магнитоэлектрический логометр

Магнитоэлектрический логометр (греч. Logos - отношение) - измеряет отношение двух токов. Не имеет противодействующего момента.

Моменты М1 и М2, создаваемые взаимодействием МП постоянного магнита и токов катушек 1 и 2, направлены навстречу друг другу:

,

но , .

Тогда

.

Уравнение статики: Мвр= Мпр = или

Из уравнения шкалы видно, что угол поворота стрелки прибора зависит от отношения токов в рамках.

Применяются логометрические механизмы в омметрах.

5.Назначение магнитоэлектрических приборов

1.измерение постоянных токов и напряжений (амперметры и вольтметры)

2.измерение сопротивлений (омметры)

3.измерение количества электричества (гальванометры и кулонметры)

4.регистрация электрических величин (самопишущие приборы).

6. Достоинства магнитоэлектрических приборов

1.наиболее точные (высокий класс точности) и чувствительные

2. малое потребление энергии

4.равномерность шкалы.

7.Недостатки магнитоэлектрических приборов

1.сложность конструкции

2.высокая стоимость

3.невысокая перегрузочная способность

4.невозможность работы на переменном токе без дополнительных преобразователей.

Размещено на Allbest.ru